LncRNAs und ihre krankheitsspezifischen Anwendungen

1 Einführung in lncRNA

Nicht-kodierende RNAs (ncRNAs) werden als nicht-übersetzte Transkripte genomischer Sequenzen betrachtet. Die Klassifikation von ncRNAs basierend auf ihren Funktionen ist in Abbildung 1A dargestellt. Lange nicht-kodierende RNAs (lncRNAs) sind eine Art von ncRNAs, die länger als 200 nt sind. Sie befinden sich häufig im Zellkern und sind gewebespezifisch. Im Vergleich zu protein-kodierenden mRNAs weisen lncRNAs eine geringere interspezies Sequenzkonservierung auf. Je nach Position der lncRNAs werden sie grob in zwei Typen unterteilt:

• Intergenische lncRNAs, einschließlich Pseudogenen, langen intergenischen ncRNAs (lincRNAs) und sehr langen intergenischen ncRNAs (vlincRNAs/macroRNAs)
• Gen-überlappende lncRNAs, dargestellt durch intronische RNAs, natürliche Antisense-Transkripte (NATs), Promotor-RNAs und andere

Es gibt mehrere Theorien über die Ursprünge und die Evolution von lncRNA, wie Gen-Duplikation und die Entstehung durch die Einfügung mobiler genetischer Elemente. Umfangreiche Anstrengungen wurden unternommen, um ein besseres Verständnis der lncRNA-Biologie zu erlangen. Zudem wurden mehrere Datenbanken mit funktionalen lncRNA-Informationen eingerichtet, wie lncRNAbd, NONCODE, LncRNADisease, lncRNAtor, ncFANs, lnCeDB und LNCipedia. Tabelle 1 zeigt die gängigen lncRNA-Informationsressourcen.

Abbildung 1. Eine Untergruppe von ncRNAs und deren Anteile am nicht-kodierenden Transkriptom des Menschen.

Die Anwendung von Next-Generation-Sequencing-Technologie hat die Entdeckung und Funktionsanalyse von lncRNAs erheblich erleichtert. LncRNA-Sequenzierung ist ein leistungsstarkes Werkzeug zur Profilerstellung von gesamten Genom-lncRNAs mit einer Einzelbasenauflösung, das Einblicke in ihre Verteilung, Funktion, regulatorisches Netzwerk und Krankheitsimplikationen bietet. Sie können diesen Artikel ansehen. Workflow der LncRNA-Sequenzierung und deren Datenanalyse Für weitere Informationen zur lncRNA-Sequenzierung.

Tabelle 1. Die Bioinformatik-Ressourcen für lncRNA.

2 Krankheits-spezifische Anwendungen von lncRNAs

Neuere Forschungen deuten darauf hin, dass lncRNAs eine wichtige Rolle in einer Vielzahl biologischer Prozesse sowie in der Pathophysiologie von Krankheitsprozessen spielen. Eine deregulierter lncRNA-Expression hat entscheidende Konsequenzen während der malignen Transformation. Neben Krebs wurden lncRNAs auch in neurodegenerativen Erkrankungen (wie der Huntington-Krankheit und der Alzheimer-Krankheit), der Gehirnentwicklung, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Diabetes und anderen häufigen sowie seltenen Krankheiten gefunden.

2.1 LncRNAs als Biomarker

Exosomen gelten als eine äußerst vielversprechende Quelle für Biomarker bei Krebs. LncRNAs wurden in Exosomen identifiziert und sind auch an TGFβ-abhängigen Chemoresistenzwegen beteiligt. HOTAIR ist eine lncRNA und wurde mit der Pathogenese vieler Malignome in Verbindung gebracht. Zum Beispiel kann HOTAIR PRC-2-abhängige Gene unterdrücken, und seine Überexpression ist ein starker Prädiktor für Metastasen und Tod. Die Expression von exosomalem HOTAIR kann verwendet werden, um benigne von malignen Erkrankungen mit einer Spezifität von 57,2 % und einer Sensitivität von 92,3 % zu unterscheiden. In Kombination mit miR-21 steigen die Spezifität und Sensitivität auf 73,5 % bzw. 94,2 %.

Neben HOTAIR gibt es viele andere lncRNAs, die vielversprechende Biomarker für Krankheiten sind. LncRNA MALAT1 ist ein Tumormarker, der in mehreren Tumorarten überexprimiert ist. HULC wurde signifikant überexprimiert bei Leberkrebs, metastasiertem hepatischem kolorektalem Krebs und HBV. PCGEM1 wurde in Prostatatumoren nachgewiesen und steht im Zusammenhang mit erhöhter Proliferation und Koloniebildung. PCNCR1 ist ein weiterer beschriebener Biomarker für Prostatakrebs, der auf Chromosom 8q24.2 identifiziert wurde. PCNCR1 wird als 13 kb Transkript exprimiert und kann den Androgenrezeptor (AR) transaktivieren, der eine wichtige Rolle im Fortschreiten von Prostatakrebs spielt. DD3 wurde ebenfalls stark hochreguliert bei Prostatakrebs, aber seine Rolle im Fortschreiten von Prostatakrebs ist noch unbekannt.

2.2 Therapeutische Wirkstoffe, die auf LncRNAs abzielen

LncRNAs können als therapeutische Mittel mit Hilfe von Gentherapiesystemen wie Viren eingesetzt werden. Andererseits können lncRNAs mit synthetischen siRNAs oder miRNAs oder mit Medikamenten, die spezifisch mit lncRNAs interagieren, gezielt angesprochen werden, um therapeutische Effekte zu erzielen. Es gibt zwei wesentliche Vorteile von lncRNA-zielgerichteten Medikamenten. Der eine ist, dass sie eine Hochregulierung/Aktivierung von Proteinen ermöglichen, die zuvor mit kleinen Molekülen nicht erfolgreich war. Der andere ist, dass lncRNA-zielgerichtete Medikamente eine hohe Spezifität aufweisen, was besonders vorteilhaft ist, wenn Zielproteine mehrere eng verwandte Familienmitglieder haben, wie zum Beispiel Ionenkanäle und Proteinkinasen.

Es gibt hauptsächlich zwei Klassen von oligonukleotid-basierten Ansätzen: (i) antisense-basierte und (ii) katalytische oligonukleotid-basierte Methoden. Die erstgenannte Methode wurde weit verbreitet verwendet, um die Funktionen von lncRNAs zu entschlüsseln oder als therapeutische Strategie. Die letztere Methode umfasst sowohl DNAzyme als auch RNAzyme. Katalytische Oligonukleotide können auch verwendet werden, um die Funktionen von ncRNAs zu verstehen. Kleine Moleküle können spezifische Effekte auf die Modulation der lncRNA-Aktivität haben. Solches Interesse und Bestreben, wie unvoreingenommene Hochdurchsatz-Screenings, computergestützte Modellierung von RNA-Strukturen und das Design neuartiger Gerüste mit Spezifität für RNA-Liganden, haben die zielgerichtete Anwendung von kleinen Molekülen auf lncRNA erheblich beschleunigt.

Schlussfolgerungen

Obwohl erhebliche Fortschritte im Verständnis der Biologie von lncRNA und verwandten therapeutischen Anwendungen erzielt wurden, befindet sich das lncRNA-Feld noch in den Kinderschuhen. Zukünftige lncRNA-Forschungen könnten sich auf die Regulation der lncRNA-Expression, ihre Isoformen-Zusammensetzung sowie die Entwicklungs- und Gewebespezifität konzentrieren.

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Referenzen:

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